Kaldıraç kanunları nasıl ortaya çıktı

Kaldıraç Kullanımı:
Binalar yıkıldığında insanlar enkaz altında sıkışır. Meydana gelen yıkıntıları el yordamıyla kaldırmak genellikle çok zor olur. Bu yüzden, manivela ve kaldıraç kullanabiliyor olmalısınız.
Kaldıraç, dayanıklı tahta veya metal parçalarından yapılır. Metal veya tahta gibi sağlam ve sert bir objeden yapılan kaldıraç dayanıklı olur.
Destek noktasının sağlam yerleşip yerleşmediğinden emin olun ki yük basınç nedeniyle çökmesin. Gerekli görülüyorsa yükü zemine yayarak tahtaya kaldıracı geniş tabanlı koymayı sağlayın. Koyduğunuz yük kayarsa veya kaldıracınız çökerse, kazazedeyi daha fazla yaralayabilirsiniz. Daima iki ayağınızı da yere sıkıca basarak, güvenli bir şekilde çalışın.
Kaldıracı en güvenli şekilde kullanmanın yolu, yerden kısa mesafeli kaldırmaktır.
KALDIRAÇ : Sabit nokta etrafında dönebilen dayanaklı bir çubuk.
KALDIRAÇ İBRESİ : Kaldıraç kolunun denge konumunu gösteren metal parça.
KALDIRAÇ KOLU : Belli aralıklarla delikleri bulunan paralel kuvvetler ölçümü yapan metal çubuk .
KALDIRAÇ MESNEDİ : Eğik düzlem ve kaldıraç kolunun takılabildiği bağlama parçası.
ARŞİMET ve KALDIRMA KUVVETİ
Ünlü matematikçi ve fizikçi olan Arşimet (MÖ. yaklaşık 287-212 ) Sicilya Adası’nda bir Yunan kenti olan Siracisu’da doğdu.
Araştırmalarının çoğunu, Siracusa Kralı 2. Hieron’un hizmetindeyken gerçekleştiren Arşimet’in çalışmalarına ve buluşlarına ilişkin pek çok öykü anlatılır. Bunlardan en ünlüsü, kralın tacının saf altından olup olmadığını araştırmasıyla ilgili olandır. Öyküye göre, araştırmasını tacı parçalamadan yapmak zorunda olan Arşimet bu konuda bir süre düşünmüş, ama sorunun cevabını ancak bir gün hamama gittiğinde bulabilmiştir. Yıkanmak üzere havuza girdiğinde suyun taştığına dikkat eden Arşimet , o anda çözümü bulduğunu anlar. Hamamdan dışarı fırlayıp “buldum! buldum!” diye bağırarak caddelerde koşmaya başlar. Arşimet’e göre, eğer taç saf altından yapılmışsa , mekanda aynı ağırlıktaki saf altın kadar yer kaplaması gerekiyordu. Taç ve aynı ağırlıktaki altın sırayla su dolu bir kaba konulduklarında, taşıracakları su miktarı eşit olmalıydı. Arşimet yaptığı deneyin sonunda bu miktarın eşit olmadığını belirledi; kral aldatılmıştı. Bu basit deneyle Arşimet cisimlerin yoğunluklarını keşfetti.
Ayrıca kaldıraç yasasını ortaya koyan Arşimet, ağır bir cismin, ağırlık merkezine uygulanacak bir kuvvetle yerinden oynatılabileceğini gösterdi. Onun, “Bana bir dayanak noktası gösterin, Dünyayı yerinden oynatayım” dediği de söylentiler arasındadır.
“Arşimet burgusu” adı verilen aygıt, Mısır gibi sıcak ve kurak ülkelerde daha hala sulama amacıyla kullanılır.
Evde kullandığımız tartı (baskül) nasıl çalışır?
Tartıya dışarıdan baktığımızda bir platform ve ibreden oluştuğunu görürüz. Üzerine çıkıldığında, platformun aşağı doğru hareket ettiği hissedilir. Ağırlığımızın ölçütü olan bu küçük hareket, tartının içindeki kaldıraç mekanizması tarafından ibreye iletilir.
Bilindiği gibi kaldıraçlar, basit makinelerdir ve bir yükü daha az kuvvet harcayarak kaldırmamızı sağlarlar. Birinci tip kaldıraçlarda, destek her zaman yük ile kuvvet arasında bulunur. Tahterevalli, birinci tip kaldıraçlara güzel bir örnektir. İkinci tip kaldıraçlarda destek bir uçta, kuvvet diğer uçtadır. İkinci tip kaldıraçlara örnek olarak da el arabasını verebiliriz. Son olarak, üçüncü tip kaldıraçlarda destek bir uçta, yük diğer uçtadır (kuvvet ortadan uygulanır). Bu tip kaldıraçlara verebileceğimiz örnek ise cımbızdır.
Tartıdaki platformun hemen altında bulunan üçüncü tip kaldıraçlar platformun hareketini, ana “yay”a bağlı olan küçük bir levhaya iletirler. Kaldıraçlar bu levhanın aşağı doğru hareket etmesine ve yayı ağırlığımızla orantılı olacak şekilde germesine sebep olurlar. Yayın bu hareketi, yine yaya bağlı bulunan bir manivelanın (birinci tip bir kaldıracın) dönmesini sağlar. Manivela ise, ibreyle kendisi arasında bulunan başka bir yayı hareket ettirir. Bu yayın hareketi de ibreyi döndürür ve tartı bize ağırlığımızı bildirir.
Dünya’yı taşımak
Gemicilik ilerlemiş, büyük gemiler yapılmaya başlanmıştı. Ne var ki bunları denize indirmek başlı başına bir sorun oluyordu. Söylentiye göre gemilerden biri o kadar büyük ve ağırdır ki, tüm Syracusa halkı bir araya gelmiş ve uğraşmış fakat gemiyi suya indirememiştir.
Oysa Arşimet için bu, büyük bir sorun değildir. Dev geminin çevresine bileşik bir kaldıraç ve makaralar sistemi kurularak, yüzlerce kişinin halatlara sarılmasıyla gemi kolayca suya indirilir.

Kral Hieron bu olaydan sonra “Arşimet ne derse inanılmasını emrediyorum.” der.
Arşimet bir bilge olduğu kadar, usta bir mühendis, mekanikçi ve eski Yunanda yetişmiş en büyük mucitlerden biriydi. Kaldıraç kanunu, bu alanda yapmış olduklarından sadece biridir:
“Bana yeterince uzun bir dayanak bulun, Dünya’yı yerinden oynatayım” sözü de Arşimet’e aittir.
KALDIRAÇLAR
İş yaparken kullanılan metal, tahta veya buna benzer malzemelerden yapılan çubuklara kaldıraç denir. Günlük hayatta kullandığımız birçok kaldıraç vardır. Bunlardan bazıları şunlardır: Makas, el arabası, keser, kalas, gazoz açacağı.
Bir kaldıraç farklı kısımlardan meydana gelir. Kaldıraçta çubuğun dayandığı noktaya destek noktası, yükün bulunduğu yerden desteğe olan uzaklığa yük kolu, uygulanan kuvvetin desteğe olan uzaklığına kuvvet kolu denir. Kaldıraçlar farklı tiptedirler. Destek noktası ortada kuvvet ve yükün farklı uçlarda olduğu kaldıraç tipine birinci tip kaldıraçlar, destek noktası bir uçta yük ortada ve kuvvetin diğer uçta olduğu kaldıraçlara da ikinci tip kaldıraç denir. Birinci tip kaldıraçlara örnek olarak; makas, tahterevalli, eşit kollu terazi, ikinci tipe ise el arabası, fındık kıracağı verilebilir.
Kaldıraçların yaptığımız işte bize bir takım kolaylıklar sağladığını ifade etmiştik. Kaldıraç kullanılması ile büyük yükleri daha küçük kuvvet kullanarak yapabiliriz. Üstelik bazı işleri yapmak için bu tip araçlara gereksinim duyarız. Bilim adamının dediği gibi “Bana bir kaldıraç verin, dünyayı yerinden oynatayım” ifadesi abartılı olsa bile kaldıraçlar birçok işi daha kolay yapmaya yarar. Gazoz kapağını elimizle açmak yerine açacak kullanma, vidayı çıkarmak için anahtar kullanma, bir arabayı kaldırmak için kriko kullanma direkt yapılması çok zor işlemlerdir. Bunun için bu tip araçlar kullanırız.
Kaldıraç kullanmanın bir takım kuralları vardır. Eğer uygulanan kuvvet desteğe ne kadar uzak olursa o kadar az kuvvet uygulanır. Bu ifadeyi formülleştirecek olursak;
Kuvvet x Kuvvet kolu = Yük x Yük kolu
F1 x a1 = F2 x a2
Bir iş yaparken kaldıraç kullanmaktaki amaç işi kolaylaştırmaktır. Kaldıraçlar yardımı ile küçük kuvvetlerle büyük yükler kaldırılır fakat işten kazanç sağlanmaz. Kaldıraçlarla ilgili bir örnek verilecek olursa; 200 cm uzunluğundaki bir çubuğun bir ucunda 800 N ağırlığında bir yük vardır. Bu uçtan 40 cm uzaklıkta bir destek bulunmaktadır. Çubuğun diğer ucundan ne kadar büyüklükte kuvvet uygulanırsa bu yük kaldırılabilir?
Bu problemi çözmek için kullanılacak formül; F1 . a1 = F2 . a2 olacaktır. Formülde rakamları yerine koyduğumuzda
F1 . 150 = 800 . 40 F1 = (800 . 40) / 160 F1 = 32000 / 160 F1 = 200 N şeklinde olacaktır. Görüldüğü gibi yapılan işte elde edilen kazanç yükün ¼ kadardır. Eğer kuvvet kolu daha uzakta olsa idi daha fazla kuvvet kazanılacağını deneyerek yapabilirsiniz?
Makara ile çıkrık kaldıracın, kama ile vida da eğik düzlemin özel birer türü olduğundan, aslında basit makinelerin kaldıraç ve eğik düzlem olmak üzere yalnızca iki temel tipi vardır. Büyük bir taşı yerinden oynatmaya ya da ağır bir sandığı kaldırmaya çalışan işçilerin taşın yada sandığın altına uzun bir çubuk yerleştirildikleri görülür. Kol demiri ya da manivela denilen bu uzun çubuk bir tür kaldıraçtır. Bu örnekte olduğu gibi her kaldıraçta bir destek ya da dayanak noktası, bu noktanın çevresinde dönebilen bir kaldıraç kolu, yerinden oynatılacak bir yük (direngen kuvvet) ve bu yükü hareket ettirecek bir kuvvet vardır. Ama, destek noktasının yüke ve kuvvete göre konumu değiştiğinde kaldıracın gücüde değişir. Bildiğimiz tahterevalliler, iş yapmaya yardımcı bir araç ya da makine olmamakla birlikte, bu tip kaldıraçların en tipik örneği sayılır.
Makas, pense ve kerpeten de gene bu gruptan birer kaldıraç örneğidir. El arabası da ikinci türden kaldıraca örnek gösterilebilir. Üçüncü türden kaldıraçlara ise kuvvetimizi destek ile yük arasında bir noktaya uygularız. Maşa ve şeker maşası bu en tipik bu grubun en tipik örnekleridir.
Kamışlı oltayla balık avlarken, yakalanan balığı dışarı çekmek için kamışı kaldırdığımızda da gene üçüncü türden bir kaldıraç kullanmış oluruz.
Mekanik Kazanç İlkesi;
Bütün basit makineler için geçerli olan bu ilkeyi açıklamanın en iyi yolu kaldıraç örneğidir. Kaldıraçlarda, yükün bulunduğu ilkeyle destek noktası arasındaki uzaklığa yük kolu, destek noktasıyla kuvvetin uyguladığı nokta arasındaki uzaklığa da kuvvet kolu denir. Birinci türden bir kaldıraç olan kol demiriyle ağır bir taşı kaldırmaya çalışırken, olabildiğince az kuvvetle taşı (yükü) yerinden oynatabilmek için kuvvetimizi destekten oldukça uzak bir noktaya uygulamamız gerekir. Başka bir değişle, kuvvet kolu yük kolundan ne kadar büyük olursa uygulamamız gereken kuvvet de o kadar azalacaktır. Çünkü kaldıraçlarda kuvvet ile yük arasındaki bağıntıyı veren genel yasaya göre, yükü kaldırmak için uygulanacak kuvvetle kuvvet kolunun çarpımı, yükün ağırlığı ile yük kolunun çarpımına eşittir.
Demek ki, elimizle destek noktası arasındaki uzaklık 20m, destek noktası ile taş arasındaki uzaklık da 2m olursa, 20m 2 metrenin 10 katı olduğuna göre, uyguladığımız kuvvetin 10 katı bir yükü kaldıraç yardımıyla yerden kaldırabiliriz. Bu durumda elde edilen kaldırma kuvveti uygulanan kuvvetin 10 katına eşittir; dolayısıyla kol demirinin sağladığı mekanik kazanç ya da kuvvet kazancı 10’dur.
Güçlü bir erkek rahatça 100 kilogramlık bir kuvvet uygulayabileceği için, basit bir kol demiriyle 100x10=1000 kilogramlık, yani 1 tonluk bir kaldırma kuvveti kazanabilir. Kısacası, mekanik kazancı yüksek bir kaldıraç seçildiğinde, oldukça az bir kuvvetle çok ağır bir yükü kaldırmak olanaklıdır.M.Ö 3. yüzyılda yaşamış olan Eski Yunanlı bilgin Arşimet, “Bana bir dayanak noktası verin, Dünya’yı yerinden oynatayım derken böyle bir kaldıraçtan söz ediyordu. Bununla birlikte basit makinelerin hiçbiri, mekanik kazancı ne kadar yüksek olursa olsun işten kazanç sağlanamaz; sonuçta makinenin yaptığı iş bizim yaptığımız işe eşittir. “İş = kuvvet * yol” olduğuna göre, mekanik kazanç ilkesi gereğince, yukarıdaki kol demiri örneğinde insanın uyguladığı kuvvetle bu kuvvetin aldığı yolun çarpımı yükün ağırlığıyla kaldırılacağı yüksekliğin çarpımına eşit olacaktır. Kaldıraç olarak kullanılan kol demiri insanın uyguladığı kuvveti artıran, ama yükü düşük bir hızla ve ancak belirli bir yüksekliğe kaldırabilen çok basit bir makinedir. Ayrıca, bir
ucundaki taşı yukarıya kaldırmak için öbür ucunu aşağıya doğru bastırmak gerektiğinden, kuvvetin yönünü tersine çevirdiğini de belirtmek gerekir.
Günlük hayatta yaptığımız bir işi daha kolay yapabilmek için kullandığımız düzeneklere basit makineler denir. Basit makinelerde fiziksel prensiplerle çalışır. Genellikle kuvvetten kazanç sağlamak için kullanılır. Yani az kuvvet uygulanılarak büyük ağırlıklı cisimleri hareket ettirme planlanır.Basit makinelere kaldıraçlar, makaralar, palangalar, çıkrık, kasnak ve dişliler, vida vb...gibi aletler sayılabilir.
Örneğin kaldıraçlar, sabit bir nokta etrafında dönebilen sistemlere denir.Moment prensibine göre çalışırlar. Kaldıraçlar desteğin bulunduğu yere göre üç tipte incelenir.
Destek ortada olabilir. Bu tip basit makinelere örnek olarak
• pense,
• makas,
• kerpeten,
• tahterevalli,
• manivela
• ve eşit kollu terazi söylenebilir.

Destek uçta olabilir. Bu tip basit makinelere ise
• el arabası ,gazoz açacağı,
• fındık kırma makinesi,
• kağıt deliği zımbası söylenebilir.
Bu tip makineler günlük yaşantımızda kuvvet kazancı sağlar, yoldan kaybettirir.
Yük ve destek uçta olarak tasarlanmış kaldıraçlar vardır. Bunlara da cımbız ve maşa olarak örnek verilebilir.